在外力的作用下,地球的自转轴在空间的指向并不保持固定的方向,而是不断发生变化。其中地轴的长期运动称为岁差,而周期运动称为章动。岁差和章动引起天极和春分点位置相对恒星的变化。在两千多年前,春分点位于白羊座,古代观星家把春分点所在的星座定为黄道第一星座,即白羊座。事实上,由于岁差的原因,致使春分点沿着黄道不断缓慢地向西移动,每年约移动50角秒。所以,春分点早已经不在白羊座了,现正处于双鱼座的东边附近。随着春分点继续西移,400多年后,春分点将进入宝瓶座。 

为什么岁差现象会导致春分点移动?

简单来说:
首先,春分点即是地球赤道与黄道的交点之一.
由于行星的引力作用,地轴也会绕一条过地心且与黄道垂直的轴,像陀螺一样旋转,这样,就画出了一个锥形.
地轴是与赤道垂直的,所以当地轴像陀螺一样顺时针旋转时,赤道的位置也在改变,这就造成了春分点西移.
太阳从春分点回到春分点称回归年,而地球公转一圈则称为恒星年,回归年比恒星年短,就有了岁差现象了.
这些只是我的个人理解,用比较简短的语言描述出来,如果想了解更多,建议你可以看看百科,里面的语言虽然比较抽象,但很专业.

为什么黄道上的春分点会向西移动?

由于地球月亮太阳的三体运行关系复杂,所以地球的自转轴并不是固定指向北极星的,而是在天球上画了一个大大圆圈,周期是2.6万年。
而地球上的回归年正是由于地轴与太阳的位置关系决定的,所以随着地轴的缓慢“进动”春分点会向西移动。

什么是春分西移?原因又是什么?

简而言之就是说春分点并非固定的在某个方向上。
春分点的确定是以黄道和赤道两个平面的升交点为准的,太阳到达两个平面相交的位置就是春分或者秋分。
一般来说,地球的赤道面——换个角度说是地轴的指向,应该是固定不变的,地轴应该始终指向天空中同一个方向。但是事与愿违,地轴偏偏不是固定的,而是以非常缓慢的速度在摆动,每26000年左右摆动一周。
因为地球这个旋转体本身就是一个陀螺仪,而陀螺仪的固有特性是它的转轴会缓慢的“进动”,就是在摆动,地球转轴的这种摆动有个专有名词叫做“岁差”,在我国古代就已经知道有这个情况存在。
因为地轴摆动而导致赤道面也在缓慢转动,赤道面和黄道面的交点(春分点)因而会缓慢的向西移动,因此,太阳两次回到春分点的周期(回归年)会比地球公转360度的周期(恒星年)短,就是这个原因。

春分点到底是什么?

春分点:

从地球上看,太阳沿黄道逆时针运动,黄道和赤道在天球上存在相距180°的两个交点,其中太阳沿黄道从天赤道以南向北通过天赤道的那一点,称为春分点,与春分点相隔180°的另一点,称为秋分点,冬至后,太阳从南向北移动,在春分那一天通过这一点。

太阳在天球上从南向北移动,运行到天球赤道和黄道的交点,此时称为春分,是北半球春天的中点(分者半也,这一天为春季的一半,故叫春分)。春分约发生在 3月20日或者3月21日,这一天时昼夜等长,故称为“分”。简单的说;春分点与秋分点就是太阳直射地球赤道的那一刻。



春分点西移(又叫春分点退行)的原因主要是地球自转轴的进动和章动以及其他行星对地球轨道的摄动综合造成的影响。其中进动使得春分点退行,章动使得春分点东西震荡,行星摄动使得春分点东移,综合起来造成春分点西移的现象。

春分点西移,并不是造成回归年变短,而是使得回归年比恒星年短。因为回归年的定义是太阳从春分点运动(视运动)到春分点。因为太阳时自西向东运动,而春分点在西移,随意太阳从春分点到春分点时并没有运动一周,所以回归年比恒星年短。

对居住的北半球的人来说,当太阳分别经过春分点和秋分点时,就意味着已是春季或是秋季时节。太阳通过春分点到达最北的那一点称为夏至点,与之相差180°的另一点称为冬至点,太阳分别于每年的6月22日前后和12月22日前后通过夏至点和冬至点。

谁见过春分点西移啦?

 春分的这一天,晴朗的夜晚,满天繁星,我们用窥管对准较亮的一颗恒星固定窥管,记住时间。经过365日5小时48分46秒(回归年)的时间,我们再观测这颗恒星发现窥管并不指向那颗恒星,而是偏西(50.260角秒)了一点,于是天文学家总结出“春分点西移”岁差由此发现。
春分点西移(又叫春分点退行)的原因主要是地球自转轴的进动和章动以及其他行星对地球轨道的摄动综合造成的影响。其中进动使得春分点退行,章动使得春分点东西震荡,行星摄动使得春分点东移,综合起来造成春分点西移的现象。这是天文上关于岁差和章动的知识,你可以看看球面天文的书,上面有详细的介绍。
春分点西移,并不是造成回归年变短,而是使得回归年比恒星年短。因为回归年的定义是太阳从春分点运动(视运动)到春分点。因为太阳时自西向东运动,而春分点在西移,随意太阳从春分点到春分点时并没有运动一周,所以回归年比恒星年短。而回归年的时间变化的原因比较复杂,涉及到各种摄动问题,这里不是很好解释,但是变化是非常慢的。现在是每世纪减小0.5秒。
小结:春分点西移,听起来就有点复杂,没有一点地理和天文基础估计很难理解。不过各方面的知识我们都应该了解一点,这样才不会显得整个人肤浅没文化。

【二人双口谈天说地 】地球一年绕太阳一周吗?- 也谈岁差

上次我问“地球多久自转一周?”引出了太阳日和恒星日及其差别。

这次我要问:地球一年绕太阳一周吗?

相信这次大家会谨慎点,生怕不小心掉进我挖的坑里。但估计还是会有不少人会说:地球绕太阳一周不就是一年吗?

所以,我们首先还是来搞清楚这里所说的“一年”是什么概念。

当然,这里说的一年应该不是一个日历年,因为日历年有平年和闰年,平年365天,闰年366天。

事实上,就像“天”有太阳日,恒星日之分那样,“年”也有恒星年,太阳年之分。

恒星年是以恒星为参照物地球在公转轨道上绕太阳运行一周的时间。所以,经过一个恒星年,地球确实绕太阳一周。目前,一个恒星年等于365.25636个平太阳日或365日6时9分10秒。

而太阳年,也叫回归年,则是以太阳为参照物,是太阳在黄道上连续两次通过某个特定点,通常是两个二分点(春分,秋分)之一或两个极致点(夏至,冬至)之一的时间间隔。之所以称为回归年,是因为这几个特定点都与太阳的回归特性有关。其中,用得最多的是以春分点为基准的回归年,也叫春分点回归年。

我们已经讲过黄道是我们在地球上观察太阳看到的一年中太阳在天球上视运动所走过的路径。或者用现代的话说,黄道是地球绕太阳公转轨道的平面在天球上的投影。而春分点则是黄道平面与赤道平面的交线在天球上的两个交点之一。如下图所示:

说到这里你也许会想,既然这样,那么太阳在黄道上连续两次通过某个特定点比如春分点的时间间隔,即一个回归年不是应该和恒星年一样长吗?然而事实却是,回归年的长短每年都略有不同,还与选定的特定点(比如春分点还是其他点)也有关。 平均起来,一个回归年(平回归年)只有365.24219个平太阳日,或365天5小时48分45秒。两者相比,平太阳年(平回归年)比恒星年短了20分24秒!

那么,为什么会有这个偏差呢? 原因就在于一个回归年定义为太阳在黄道上两次通过某个特定点如春分点的时间间隔。而你可能想不到的是,当太阳在黄道上离开春分点逆时针向东移动时春分点却在悄悄地反方向即顺时针向西缓慢移动。当太阳在黄道上再次通过春分点(一个回归年)时春分点已经向西移动了约50.266角秒。这时太阳在黄道上的移动实际不到一周,离一周(360°)差了约50.266角秒。如果所选的特定点是其它点(秋分,夏至,冬至),情况也相同。(注:从太阳在黄道上的位置与春分点的关系来看,一个回归年太阳离开春分点还是一周,360°,只不过这一周有一部分是由春分点自己的移动完成的。所以,也可以定义太阳在黄道上离开春分点360°为一个回归年。只是要注意这里的“离开春分点360°”不等于太阳在黄道上行走了360°。)

因为太阳在黄道上的移动实际是地球绕太阳公转的结果,所以我们说 一个回归年地球绕太阳公转不到一周,离一周(360°)还差 50.266角秒 。要完成一周地球还要继续公转20分钟24秒。

顺便说一下,国内有科普网站在介绍回归年时说“地球由春分点逆时针公转回到春分点公转360°”。这显然是不正确的。

春分点及其它分点和至点的西移现象在汉语中称为岁差。 春分点西移也可叫春分点岁差。岁差导致地球在一个回归年绕地球公转不到一周,所以回归年比恒星年短。

有人可能要问,既然春分点老是在动,我们为什么一定要用回归年呢?因为,回归年对人类活动太重要了。事实上回归年还是人类对年的最初认识。

人类对时间的认识始于对一些自然现象的观察。例如,一个日出日落的循环为一天,月亮一个朔望(即新月满月)的循环为一个月,一个春夏秋冬的循环为一年,等等。这些与时间相关的自然现象我们可以称之为自然时钟。回归年正是以自然时钟为尺度的年。中国古代以冬至为一年之始,因为那一天白天最短。西方古文明则多以春分为一年之始,那一天白天黑夜一样长。以自然时钟为尺度规定的年与人类的生活尤其是农业生产活动一致。中国的二十四节气一个循环正是一个回归年。所以,回归年即太阳年是制定各种阳历(含现行公历)和阴阳历的基础,是我们常说的年。恒星年只在天文学上使用。

至此我们可以说,地球一年绕太阳一周顶多对了一半。对我们日常生活而言的年,地球一年(一个回归年)绕太阳不到一周!

我们在介绍黄道时说过春分点是黄道坐标系经度的零点。春分点的西移意味着黄道坐标系的零度经线西移,于是以黄道坐标系表示的恒星的位置就会随时间缓慢变化。这正是岁差被发现的道理。

人类观察太阳月亮和星星由来已久,对春分点的位移或黄道坐标系的位移在各古文明中都有记载。目前公认最早有记载的发现是公元前二世纪的古希腊天文学家和数学家喜帕恰斯(Hipparchus)。 喜帕恰斯 在编制一本包含1022颗恒星的星表时,把他测出的星位与150多年前的星位进行比较,发现恒星的黄经有较显著的改变,而黄纬的变化则不明显。其中,角宿一(室女座的最亮星)相对于秋分点移动了2度。他还比较了回归年和恒星年的长度,发现回归年要比恒星年略短。喜帕恰斯认为,这是春分点沿黄道后退所造成的,并推算出春分点西移每100年不小于1°。

我国东晋时期(公元317-420)的 虞喜 是提及岁差的第一位中国天文学家。他研究了历史上冬至点的观测结果,比较自己的实地观测,发现冬至点每50年西移一度。虞喜就此大胆地提出了“岁自为岁,天自为天”的结论(又称为恒星东行,节气西退)。注意到中国传统历法中将冬至点测量的一回归年称做一“岁”,所以虞喜的结论就是对回归年和恒星年差别的认识。而汉语中的“岁差”则出自于《宋书·历下》记载的“冬至所在,岁岁微差”,意为每年冬至点的位置存在着微小的差别。

写到这里,笔者不禁为古代科学家们的能力和精神所折服。试想,在他们的年代观测和记时的仪器非常有限和简陋,如何能凭肉眼察觉出一两度的差异。那得需要多么的精细和一丝不苟!同时,我也为喜帕恰斯感到惋惜。如果他能从150年角宿一移动2度出发推算出每75年移动一度,那就和现在的结果(71.6年一度)非常接近了!遗憾的是 喜帕恰斯 所有的文件,包括他在岁差上的工作,都遗失了,所以无从核对。他的贡献是几百年后托勒密(Ptolemy,地心说的提出者)继续他的岁差计算时被提到的。

人们自然要问,春分点为什么会西移呢?前面提到,春分点的存在是由于地球的自转轴与黄道极轴有一个23.4°的倾斜角。这个倾斜角决定了黄道面与赤道面的夹角,而黄赤面交线在天球的两个投影(交点)之一就是春分点。

由于旋转体的陀螺原理,地球的自转轴在空间的指向在公转轨道上基本不变。但是,如果地球的自转轴在空间的指向在公转轨道上绝对一成不变,而且黄道平面和赤道平面也一成不变,那么春分点就不会有位移。事实是,地球的自转轴除了与黄道极轴有一个23.4°的倾斜角之外还以黄极为中心缓慢顺时针转动, 如下图所示。

地球自转轴的这种缓慢转动叫做地轴的进动。在进动中地轴与黄极的夹角基本不变,只是地轴在黄道坐标系中的经度向西移动。其结果是天球赤道平面与黄道平面的交线在黄道平面上向西转动,而春分点作为这条交线在天球上的投影也随之西移。如下图所示。

图中黑色虚线为起始时的地轴,红点为起始时的春分点。地球绕地轴逆时针(自西向东)旋转,同时地轴绕黄极顺时针(自东向西)旋转(进动)。经过一个回归年地轴进动到紫色直线所在位置,黄道面和赤道面的交线随之转动到紫线的位置,春分点相应地移到紫色点的位置 (注:图示中两点的距离是夸大的,实际只有50角秒)。

所以,岁差在英语中就是Precession(进动)。春分点岁差也叫做春分点进动。地轴进动较好地解释了喜帕恰斯发现的黄道坐标位移时“恒星的黄经有较显著的改变,而黄纬的变化则不明显”。

应当指出,这里“进动”一词是天文学从物理学中“借来”的,意思是地轴绕黄极缓慢旋转的现象很像陀螺旋转时的进动。不过,陀螺的进动方向与自旋方向相同,而地轴的进动方向与自旋方向相反。所以不能简单地用陀螺的进动理论来解释地轴的进动。现在认为引起地轴进动的原因主要是太阳和月亮的引力(潮汐)作用在一个质量分布不均匀的地球上的结果。言下之意,如果没有太阳月亮的引力(潮汐)作用,或者地球是一个质量均匀的完美的球状体,地轴就不会有进动。

我们看到,地轴的进动导致了春分点(及其它分至点)的岁差(进动)。整个二十四节气也随之进动,有岁差,这就是所谓的节气西退。岁差的大小就是地轴进动的速率,即每年50.266角秒。按此计算,每71.6年会西退1°,25,783年(常常说约26,000年)西退整整一圈(360°)!

为了了解岁差的影响,我们来看一下现在两个分点和两个至点在地球的公转轨道上的位置:

我们看到地球到达北半球的冬至点(蓝圈)的位置离地球到达近日点(红圈)位置相差十三天,相当于从近日点西退了约13°。由此可以估算出九百多年前北半球的冬至日地球接近于近日点。还可以预见, 如果地球自转轴的进动速率不变,一万二千多年后北半球的冬至日会移到地球的远日点 (绿圈位置)附近。当然这个日子离我们还很遥远。想象一下,我们人类有文字记载的历史还不到一万年呢。

地球的自转是不均匀的所以要用平太阳日来描述,地球的公转也是不均匀的所以要用平回归年来描述。同样,地球的自转轴不是固定不变的,它有进动还有微小的章动(以后有机会再谈)。地轴的进动造成了二十四节气包括分点至点的岁差,造成了回归年短于恒星年。地球乃至整个宇宙始终处于变化之中。变化是永恒的,不变是暂时的相对的。不论何时何地何种情形,我们都应该以积极的心态承认和接受变化,尽快认识和适应新的变化。

实际观测春分点在黄道0°!可是为什么现代人还要瞪眼说春分点西移呢?

根据以上描述,黄经的度数,都是以春分点为基准的。无论春分点是否西移,春分点都是黄经0°。

换句话说,是把黄经0°定义在了春分点,是先确定了春分点,才确定的黄经0°。

并不是先有了黄经0°,才找到的春分点。

也就是说,春分点是否西移,不能以此做为判断依据。

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春分点是黄道和天球赤道的交点

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春分点是否西移?

春分点是什么意思 春分点是一个固定的地方吗

春分点是什么意思

春分点是指太阳从南向北在黄赤道上的交点。从地球上看,太阳沿黄道逆时针运动,黄道和赤道在天球上存在相距180°的两个交点,其中太阳沿黄道从天赤道以南向北通过天赤道的点,称为春分点。

与春分点相隔180°的另一点,称为秋分点,冬至后,太阳直射点从南向北移动,在春分那一天通过这一点。太阳分别在每年的春分(3月21日前后)和秋分(9月23日前后)通过春分点和秋分点。

春分点是一个固定的地方吗?

是固定一个地方。

位置:

当太阳经过与春分相应的春分点,并且开始显示出白羊座的时候,地球赤道在天空背景上的投影就在春分点上与黄道(年度移动在空间背上的投影)相交,回归黄道是由于与地球的轨道相连才得以确定的。它与轴同时移动,与地球的公转相比,它始终处于同一个位置。但是在25786年的岁差周期里,相对于遥远的空间来说,这个整体(地球、轴、赤道和黄道)都在移动。春分点就投影在星座的遥远背景上,构成了边后退边绕圈的恒星黄道。如今的春分点位于双鱼座。

春分点西移:

春分的这一天,晴朗的夜晚,满天繁星,我们用窥管对准较亮的一颗恒星固定窥管,记住时间。经过365日5小时48分46秒(回归年)的时间,我们再观测这颗恒星发现窥管并不指向那颗恒星,而是偏西(50.260角秒)了一点,于是天文学家总结出“春分点西移”岁差由此发现。

24节气的点:

立春:斗柄指向法:斗指寅;太阳黄经度数法:太阳黄经度数为315度。公历2月3——5日交节。立春是干支历寅月的起始。

雨水:斗指壬;太阳黄经度数为330°。公历2月18-20日交节。

惊蛰:斗指丁;太阳黄经为345°。公历3月05——07日交节。惊蛰是干支历卯月的起始。

春分:斗指壬;太阳黄经为0°。公历3月20-22日交节。

清明:斗柄指向法:斗指乙;圭表测影法:冬至后105天;黄经度数法:太阳黄经为15°。公历4月04-06日交节。清明是干支历辰月的起始。

谷雨:斗指辰;太阳黄经为30°。公历4月19——21日交节。

立夏:斗指东南;太阳黄经度数为45°。公历5月05——07日交节。立夏是干支历巳月的起始。

小满:斗指甲;太阳黄经为60°。公历5月20——22日交节。

芒种:斗指己;太阳黄经为75°。公历6月05——07日交节。芒种是干支历午月的起始。

夏至:斗指午;太阳黄经为90°。公历6月21——22日交节。

小暑:斗指辛;太阳黄经为105°。公历7月06——08日交节。小暑是干支历未月的起始。

大暑:斗指丙;太阳黄经为120°。公历7月22——24日交节。

立秋:斗指西南;太阳黄经为135°。公历8月07——09日交节。立秋是干支历申月的起始。

处暑:斗指戊;太阳黄经为150°。公历8月22——24日交节。

白露:斗指癸;太阳黄经为165°。公历9月07——09日交节。白露是干支历酉月的起始。

秋分:斗指已;太阳黄经为180°。公历9月22——24日交节。

寒露:斗指甲;太阳黄经为195°。公历10月08——09日交节。寒露是干支历戌月的起始。

霜降:斗指戌;太阳黄经为210°。公历10月23——24日交节。

立冬:斗指西北;太阳黄经为225°。公历11月7——8日交节。立冬是干支历亥月的起始。

小雪:斗指已;太阳黄经为240°。公历11月22——23日交节。

大雪:斗指癸;太阳黄经为255°。公历12月6——8日交节。大雪是干支历子月的起始。

冬至:斗指子;太阳黄经为270°。公历12月21——23日交节。

小寒:斗指子;太阳黄经为285°。公历1月5——7日交节。小寒是干支历丑月的起始。

大寒:斗指丑;太阳黄经为300°。公历1月20——21日交节。

关于春分点西移的几点疑惑?

黄道面是地球公转的平面,天球赤道面是以地心为中心,地球赤道面为平面。地轴始终指向太阳系的一个固定方向。
地球公转一周,太阳直射光线从北回归线往南到南回归线在回到北回归线。春分点是太阳直射地球赤道的那一天,昼夜时间相等。但是日历为365天货366天为一年,但是地球公转是365.24天左右,所以每四年加一天,所以春分点的时间算到日历上的月份日期上就会有一点不同。
也许2013年,你在春分日看见太阳回到同一个地方(地球上的观察者角度)下一年会拖后一段时间,但是日历时间是每四年才会变多一天,所以不是每年的春分点都是同一天的。

地球公转

地球公转轨道和方向
地球在公转过程中,所经过的路线上的每一点,都在同一个平面上,而且构成一个封闭曲线。这种地球在公转过程中所走的封闭曲线,叫做地球轨道。如果我们把地球看成为一个质点的话,那么地球轨道实际上是指地心的公转轨道。
严格地说,地球公转的中心位置不是太阳中心,而是地球和太阳的公共质量中心,不仅地球在绕该公共质量中心在转动,而且太阳也在绕该点在转动。但是,太阳是太阳系的中心天体,地球只不过是太阳系中一颗普通的行星。太阳的质量是地球质量的33万倍,日地的公共质量中心离太阳中心仅450千米。这个距离与约为70万千米的太阳半径相比,实在是微不足道的,与日地1.5亿千米的距离相比,就更小了。所以把地球公转看成是地球绕太阳(中心)的运动,与实际情况是十分接近的。
地球轨道的形状是一个接近正圆的椭圆,太阳位于椭圆的一个焦点上。椭圆有半长轴、半短轴和半焦距等要素,分别用a、b、c表示,其中a又是短轴两端对于焦点(F1、F2)的距离。
半焦距与半长轴和平短轴之间存在着这样的关系:
即 c2=a2-b2
半焦距c与半长轴a的比值c/a,是椭圆的偏心率,用e表示,即e=c/a,
偏心率是椭圆形状的一种定量表示,e的数值大于0而小于1。椭圆越接近于圆形,则e的数值就越小,即接近于0;反之,椭圆越扁,e的数值就越大。经过测定,地球轨道的半长轴a为149600000千米,半短轴b为149580000千米。根据这个数据计算出地球轨道的偏心率为:
可见,地球轨道非常接近于圆形。
由于地球轨道是椭圆形的,随着地球的绕日公转,日地之间的距离就不断变化。地球轨道上距太阳最近的一点,即椭圆轨道的长轴距太阳较近的一端,称为近日点。在近代,地球过近日点的日期大约在每年一月初。此时地球距太阳约为147100000千米,通常称为近日距。地球轨道上距太阳最远的一点,即椭圆轨道的长轴距太阳较远的一端,称为远日点。在近代,地球过远日点的日期大约在每年的7月初。此时地球距太阳约为152100000千米,通常称为远日距。近日距和远日距二者的平均值为149600000千米,这就是日地平均距离,即1个天文单位。
根据椭圆周长的计算公式:
L=2πα(1-0.25×e2)
计算出地球轨道的全长是940000000千米。
地球的公转方向与自转方向一致,从黄北极看,是按逆时针方向公转的,即自西向东。这与太阳系内其它行星及多数卫星的公转方向是一致的, 平均角速度为每小时转动15度。在地球赤道上,自转的线速度是每秒465米。
地球绕太阳公转一周所需要的时间,就是地球公转周期。笼统地说,地球公转周期是一“年”。因为太阳周年视运动的周期与地球公转周期是相同的,所以地球公转的周期可以用太阳周年视运动来测得。地球上的观测者,观测到太阳在黄道上连续经过某一点的时间间隔,就是一“年”。由于所选取的参考点不同,则“年”的长度也不同。常用的周期单位有恒星年、回归年和近点年。
地球公转的恒星周期就是恒星年。这个周期单位是以恒星为参考点而得到的。在一个恒星年期间,从太阳中心上看,地球中心从以恒星为背景的某一点出发,环绕太阳运行一周,然后回到天空中的同一点;从地球中心上看,太阳中心从黄道上某点出发,这一点相对于恒星是固定的,运行一周,然后回到黄道上的同一点。因此,从地心天球的角度来讲,一个恒星年的长度就是视太阳中心,在黄道上,连续两次通过同一恒星的时间间隔。
恒星年是以恒定不动的恒星为参考点而得到的,所以,它是地球公转360°的时间,是地球公转的真正周期。用日的单位表示,其长度为365.2564日,即365日6小时9分10秒。
地球公转的春分点周期就是回归年。这种周期单位是以春分点为参考点得到的。在一个回归年期间,从太阳中心上看,地球中心连续两次过春分点;从地球中心上看,太阳中心连续两次过春分点。从地心天球的角度来讲,一个回归年的长度就是视太阳中心在黄道上,连续两次通过春分点的时间间隔。
春分点是黄道和天赤道的一个交点,它在黄道上的位置不是固定不变的,每年西移50〃.29,也就是说春分点在以“年”为单位的时间里,是个动点,移动的方向是自东向西的,即顺时针方向。而视太阳在黄道上的运行方向是自西向东的,即逆时针的。这两个方向是相反的,所以,视太阳中心连续两次春分点所走的角度不足360°,而是360°—50〃.29即359°59′9〃.71,这就是在一个回归年期间地球公转的角度。因此,回归年不是地球公转的真正周期,只表示地球公转了359°59′9〃.71的角度所需要的时间,用日的单位表示,其长度为365.2422日,即365日5小时48分46秒。
地球公转的近日点周期就是近点年。这种周期单位是以地球轨道的近日点为参考点而得到的。在一个近点年期间,地球中心(或视太阳中心)连续两次过地球轨道的近日点。由于近日点是一个动点,它在黄道上的移动方向是自西向东的,即与地球公转方向(或太阳周年视运动的方向)相同,移动的量为每年11〃,所以,近点年也不是地球公转的真正周期,一个近点年地球公转的角度为360°+11〃,即360°0′11〃,用日的单位来表示,其长度365.2596日,即365日6小时13分53秒。
只有恒星年才是地球公转的真正周期。在下面章节中,我们将学习到回归年是地球寒暑变化周期,即四季变化的周期,它与人类的生活生产关系极为密切。回归年略短于恒星年,每年短20分24秒,在天文学上称为岁差。
为什么春分点每年西移50〃.29而造成岁差现象呢?这是地轴进动的结果。
地轴的进动同地球的自转、地球的形状、黄赤交角的存在以及月球绕地球公转轨道的特征,有着密切的联系。
地轴的进动类似于陀螺的旋转轴环绕铅垂线的摆动。当急转的陀螺倾斜时,旋转轴就绕着与地面垂直的轴线,画圆锥面,陀螺轴发生缓慢的晃动。这是因为地球引力有使它倾倒的趋势,而陀螺本身旋转运动的惯性作用,又使它维持不倒,于是便在引力作用下发生缓慢的晃动。这就是陀螺的进动。
地球的自转,就好像是一个不停地旋转着的庞大无比的大“陀螺”,由于惯性作用,地球始终在不停地自转着。地球自身的形状类似于一个椭球体,赤道部分是凸出的,即有一个赤道隆起带。同时,由于黄赤交角的存在,太阳中心与地球中心的连线,不是经常通过赤道隆起带的。所以,太阳对地球的吸引力,尤其是对于赤道隆起带的吸引力,是不平衡的。另外,月球绕地球公转的轨道平面,与黄道面和天赤道面都不重合,与黄道面呈5°9′的夹角,也就是说,地球中心与月球中心的连线,也不是经常通过赤道隆起带。所以,月球对地球的吸引力,尤其是对赤道隆起带的吸引力,也是不平衡的。据万有引力定律,F1>F2。
日月的这种不平衡吸引力,力图使赤道面与地球轨道面相重合,达到平衡状态。但是,地球自转的惯性作用,使其维持这种倾斜状态。于是,地球就在月球和太阳的不平衡的吸引力共同作用下产生了摆动,这种摆动表现为地轴以黄轴为轴做周期性的圆锥运动,圆锥的半径为23°26′,即等于黄赤交角。地轴的这种运动, 称为地轴进动。地轴进动方向为自东向西,即同地球自转和公转方向相反,而陀螺的进动方向与自转方向是一致的。
这是因为陀螺有“倾倒”的趋势,而地轴有“直立”的趋势。
地轴进动的速度非常缓慢,每年进动50〃.29,进动的周期是25800年。
由于地轴的进动,造成地球赤道面在空间的倾斜方向发生了改变,引起天赤道相应的变化,致使天赤道与黄道的交点——春分点和秋分点,在黄道上相应地移动。移动的方向是自东向西的,即与地球公转方向相反,每年移动的角度为50〃.29。因此,年的长度,以春分点为参考点周期单位要比以恒定不动的恒星为参考点的周期单位略短,这就是产生岁差的原因。
由于地轴的进动,造成地球的南北两极的空间指向发生改变,使天极以25800年为周期绕黄极运动。所以,天北极和天南极在天球上的位置也是在缓慢地移动着。北极星在公元前3000年曾是天龙座α星,目前的北极星在小熊座α星附近,到了公元7000年,移到仙王座α星附近,到公元14000年,织女星将成为北极星。
由于地轴进动造成天极和春分点在天球上的移动,以其为依据而建立起来的天球坐标系也必然相应地变化。对赤道坐标系来说,恒星的赤经和赤纬要发生变化,对黄道坐标系来说,恒星的黄经要发生改变。但是,地轴的进动不改变黄赤交角,即地轴在进动时,地轴与地球轨道面的夹角始终是66°34′。
在这里还要说明一下,由于地轴进动而造成的天极、春分点的移动角度相对来讲是很微小的,在较长的时间里不会有很大的移动。所以,我们仍然可以说天极和春分点在天球上的位置不变,恒星的赤经、赤纬和黄经也可以粗略地认为是不变的,以此为依据而建立的星表、星图仍是可以长期使用的。
从北极上空看是逆时针方向,从南极看是顺时针方向